DE69819265T2 - Vorrichtung zur Schätzung des Insassengewichts eines Kraftfahrzeuges - Google Patents
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Description
- Technisches Gebiet
- Diese vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abschätzung des Gewichts eines Fahrzeuginsassen. Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der US-A-5,176,424 bekannt.
- Hintergrund der Erfindung
- Systeme zur Detektion von Fahrzeuginsassen sind nützlich in Verbindung mit Airbags und anderen pyrotechnisch entfalteten Rückhaltevorrichtungen als ein Mittel, um zu beurteilen, ob, und wie stark, die Rückhaltevorrichtung zu entfalten ist. Ein fundamentaler Parameter in dieser Hinsicht ist das Gewicht des Insassen, da das Gewicht als ein Kriterium verwendet werden kann, um zwischen einem Erwachsenen und einem Kind oder einem Kleinkind zu unterscheiden.
- Eine frühere Technik zur Gewichtsabschätzung besteht darin, ein Array mit druckempfindlichen Elementen variablen Widerstands in dem Sitz anzuordnen, und die einzelnen Drücke zu summieren, um das Insassengewicht zu bestimmen. Ein Rückhaltesystem auf der Grundlage dieser Technik wird in dem US-Patent Nr. 5,474,327, veröffentlicht am 12. Dezember 1995, und dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt, dargestellt und beschrieben. In der Praxis tendieren solche Systeme jedoch dazu, dass sie relativ kostspielig zu implementieren sind, und ein beträchtliches Ausmaß an Signalverarbeitung für eine richtige Kalibrierung und Gewichtsabschätzung erfordern.
- Eine weitere mögliche Technik besteht darin, den Sitzrahmen zum Beispiel mit Verformungsdetektoren zu instrumentieren. Jedoch ist auch diese Technik kostspielig zu implementieren und kann nicht einfach auf bestehende Sitzaufbauten, die nicht für die Verformungserfassung konstruiert wurden, angewendet werden.
- Dementsprechend wird eine einfache Vorrichtung zur Gewichtsabschätzung gewünscht. Idealerweise wäre die Vorrichtung einfach in bestehende Sitzkonstruktionen zu installieren, und würde ein minimales Ausmaß an Verarbeitung erfordern, um zu einer Gewichtsabschätzung zu gelangen, die ausreichend genau ist, um für den Insassen geeignete Entscheidungen zur Entfaltung von Rückhaltevorrichtungen zu treffen.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung zielt auf eine verbesserte Vorrichtung zur Gewichtsabschätzung ab, die die oben beschriebenen gewünschten Eigenschaften erfüllt. Im Prinzip umfasst die Vorrichtung eine geschlossene, elastomerische Blase, die mit Fluid gefüllt und in dem Schaumpolster des Bodens eines Fahrzeugsitzes angeordnet ist, mit zumindest einem Drucksensor, der in einer geschlossenen Austrittsöffnung der Blase installiert ist. Ein Temperatursensor, der in der Nähe der Blase angeordnet ist, liefert ein Temperatursignal, und ein Steuergerät schätzt das Gewicht des Insassen auf der Grundlage der Temperatur- und Drucksignale ab. Eine zusätzliche Blase und ein zusätzlicher Sensor können in dem Schaumpolster der Rückseite des Fahrzeugsitzes installiert sein, falls dies gewünscht wird.
- In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drucksensor so konfiguriert, um den Manometerdruck – das heißt, den Differenzdruck zwischen dem Fluid und dem atmosphärischen Druck – an dem Schwerpunkt des Fluids zu erfassen, um einen stabilen Ausgang unabhängig von dem sich verändernden atmosphärischen Druck und der sich verändernden Orientierung der Blase auf Grund des Nickens und Rollens des Fahrzeuges zu liefern. Alternativ kann der Sensor so konfiguriert sein, um den absoluten Druck zu erfassen, und ein zweiter absoluter Drucksensor, der auf den atmosphärischen Druck anspricht, kann verwendet werden, um Veränderungen im atmosphärischen Druck zu kompensieren, und mehrere Sensoren können verwendet werden, um die sich verändernde Orientierung zu kompensieren.
- Eine Vorrichtung zur Abschätzung des Gewichts eines Fahrzeuginsassen gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die in Anspruch 1 angegeben Merkmale gekennzeichnet.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
- Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
-
1 ein Systemdiagramm ist, das einen Beifahrersitz eines Fahrzeuges veranschaulicht, welcher mit fluidgefüllten Blasen und einem Steuergerät zur Abschätzung des Gewichts eines Sitzinsassen in Übereinstimmung mit dieser Erfindung ausgestattet ist; -
2 eine Querschnittsansicht eines Schaumsitzpolsters und einer fluidgefüllten Blase in Übereinstimmung mit dieser Erfindung ist; -
3A –3C eine Anordnung einer Blase und eines Drucksensors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung darstellen; -
4 ein Blockdiagramm des Steuergeräts von1 in dem Kontext eines Airbagentfaltungssystems ist; -
5 ein Graph ist, der die Ausgangsspannung des Drucksensors als eine Funktion des Insassengewichts abbildet, wie er in dem System von4 verwendet wird; und -
6 ein Flussdiagramm ist, das die Anweisungen des Computerprogramms darstellt, welche von dem Steuergerät von4 ausgeführt werden. - Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
- Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, und insbesondere auf
1 , bezeichnet die Bezugszahl10 allgemein eine Vorrichtung zur Abschätzung des Gewichts eines Fahrzeuginsassen in Übereinstimmung mit dieser Erfindung. Der Fahrzeugsitz12 wird an einem Rahmen14 getragen, und umfasst Schaumpolster16 und18 an dem Boden und der Rückseite des Sitzes. Eine vakuumgeformte polymerische Blase20 , die in dem Schaumpolster16 im Wesentlichen parallel mit der zentralen Sitzoberfläche angeordnet ist, enthält ein Fluid, wie etwa Silikon, das nicht korrosiv ist, und bei extremen Umgebungstemperaturen nicht gefriert. - Unter Bezugnahme auf
1 und2 umfasst die Blase20 ein Füllrohr oder eine Austrittsöffnung22 , welches) um die Einlassöffnung24 eines Drucksensors26 herum abgedichtet ist, welcher ein elektrisches Aus gangssignal an der Leitung28 liefert, das den Fluiddruck in der Blase20 anzeigt. Ein Temperatursensor30 , der in der Nähe der Blase20 angeordnet ist, liefert ein elektrisches Ausgangssignal an der Leitung32 , das die Blasen- und Schaumtemperatur anzeigt. Der Sensor30 kann als ein separater Sensor vorgesehen sein, wie in1 gezeigt, oder kann in den Drucksensor26 integriert sein. - Die elektrischen Druck- und Temperatursignale an den Leitungen
28 und32 werden als Eingänge zu einem Steuergerät50 geliefert, welches bestimmt, ob der Sitz12 besetzt ist, und schätzt das Gewicht des Insassen auf der Grundlage der Druck- und Temperatursignale, möglicherweise in Kombination mit anderen Eingängen, wie etwa einem atmosphärischen Drucksignal, das von dem Drucksensor52 geliefert wird, ab. Ein elektrisches Ausgangssignal, das die Gewichtsabschätzung anzeigt, wird an der Leitung54 geliefert, und kann zum Beispiel als ein Faktor in der Bestimmung verwendet werden, ob und wie stark Airbags oder andere pyrotechnisch entfaltete Rückhaltevorrichtungen im Fall eines Unfalles entfaltet werden sollen. - Das Steuergerät
50 kann mit einem in geeigneter Weise programmierten Mikroprozessor mechanisiert werden, wie unten unter Bezugnahme auf die4 –6 beschrieben. Das Fluid hat einen Nenn- oder unbelasteten Druck, welcher eine Basismessung liefert, und der Druck erhöht sich monoton mit dem Insassengewicht, das auf das Polster16 aufgebracht wird. Die Temperaturmessung wird verwendet, um die Gewichtsmessungen bezüglich entsprechender Veränderungen in der Schaum- und Blasensteifigkeit zu kompensieren, um eine Gewichtsmessung zu liefern, die unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen ist. - Vorzugsweise ist der Drucksensor
26 so konfiguriert, um den Differenz- oder Manometerdruck des Fluids – das heißt, die Druckdifferenz zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Blasenfluiddruck – wahrzunehmen, um eine Druckmessung zu liefern, die unempfindlich gegenüber atmosphärischen Druckschwankungen auf Grund sich verändernder Wetterlagen oder Höhen ist. In diesem Fall umfasst der Sensor26 einen zweiten Einlass (nicht dargestellt), der zum atmosphärischen Druck hin offen ist. - Alternativ kann der Sensor
26 eine absolute Druckmessung des Blasenfluids liefern, und das Steuergerät50 kann die Messung bezüglich atmosphärischer Druckschwankungen kompensieren, indem es die Fluiddruckmessung um die atmosphärische Druckmessung verringert, die von dem Sensor52 geliefert wird. - Wie in
1 gezeigt, können eine zweite Blase34 , ein zweiter Drucksensor36 und ein zweiter Temperatursensor38 in dem Rückenpolster des Schaumsitzes18 vorgesehen werden, um Informationen bezüglich des Gewichts oder der Kraft, die gegen den Sitzrücken18 durch den Insassen aufgebracht wird, zu liefern. In vielen Fahrzeugen wurde jedoch herausgefunden, dass eine Blase in dem Sitzboden allein ausreichende Informationen liefert, um das Insassengewicht genau abzuschätzen. - Bei der Mechanisierung der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass in Abhängigkeit von der Platzierung der Austrittsöffnung
22 der Druck, der von dem Sensor26 erfasst wird, eine beträchtliche Variabilität mit den Veränderungen in der Orientierung der Blase erfährt. Im Besonderen verändert sich der erfasste Druck, wann immer der Schwerpunkt des Blasenfluids sich relativ zu der Position der Austrittsöffnung22 verändert. Dies kann geschehen, wenn es ein Nicken nach vorwärts und rückwärts auf Grund eines Bergauf- oder Bergabbetriebs des Fahrzeugs gibt, oder wenn ein Rollen auftritt. - Eine Lösung des oben beschriebenen Problems besteht darin, mehrere Drucksensoren zu verwenden, die im Vorderteil, im Hinterteil und in dem Seitenteil der Blase
20 angeordnet sind. In diesem Fall werden die Drücke, die von dem vorderen und hinteren Drucksensor erfasst werden, gemittelt, um das Nicken zu kompensieren, und der Druck, der von dem Seitensensor erfasst wird, wird verwendet, um das Rollen zu kompensieren. Die Austrittsöffnungen im Fall mehrerer Sensoren sollten in Durchmesser und Länge gleich sein, um Unausgeglichenheit in den verschiedenen Druckabfällen zu vermeiden. - Ein bevorzugter Ansatz, um Nicken und Rollen zu kompensieren, besteht darin, die Position des Schwerpunkts in einer gegebenen Anwendung zu bestimmen, und den Fluiddruck an dem Schwerpunkt zu erfassen. Dies kann, wie in
3A –3C , mittels eines Rohres66 geschehen, das an den Sensor26 gekoppelt ist, wobei die Blase20 um das Rohr66 herum an einer Schulter67 desselben abgedichtet ist. Das Rohr66 , das im Detail in den3B –3C abgebildet ist, ist mit Seitenöffnungen68 ,70 konfiguriert, um eine offene Fluidverbindung zwischen dem Blasenfluid und dem Sensor26 zu jeder Zeit sicherzustellen. Vorzugsweise wird die Länge des Rohrs66 minimiert, indem der Drucksensoreinlass24 in unmittelbarer Nähe zu der Blase20 angeordnet wird, wie in3A und3C dargestellt. Jedoch kann der Sensor26 falls erforderlich entfernt von der Blase angeordnet werden, indem einfach das Rohr66 verlängert wird; in diesem Fall sollte das Rohr66 einen relativ großen Durchmesser besitzen, um den resultierenden Druckabfall zu minimieren. - Wie ebenfalls in
3A zu sehen, entspricht die Blase20 im Allgemeinen der Gestalt des Sitzbodens16 . Verschiedene Öffnungen und Versteifungsbereiche70 gestatten der Blase20 , der Gestalt des Sitzpolsters zu entsprechen, während andere Versteifungsbereiche72 erforderlich sind, um die Blase in der Vakuumformausrüstung richtig zu platzieren. Die Versteifungsbereiche70 ,72 verschlechtern die Druckmessung nicht, da das Fluid frei in und aus den verschiedenen Bereichen oder Zellen der Blase20 strömen kann. Tatsächlich können die Versteifungsbereiche in vorteilhafter Weise verwendet werden, um das gesamte Volumen und somit das Gewicht der Blase20 zu verringern, solange die Reibungsverluste der Fluidströmung innerhalb der Blase20 minimiert werden. -
4 bildet die Vorrichtung zur Abschätzung des Insassengewichts der vorliegenden Erfindung in dem Kontext eines Airbagentfaltungssystems ab, in welchem das Steuergerät50 ein Ausgangssignal an der Leitung54 liefert, das anzeigt, ob die Entfaltung auf der Grundlage des erfassten Insassengewichts verhindert oder gestattet werden soll. Die Fahrzeugzündungsspannung Vign, welche +12 VDC betragen kann, wird zu dem Steuergerät50 über die Leitung80 geliefert, und ein interner Spannungsregler82 liefert eine geregelte Systemspannung von +5 VDC an den Leitungen84 und86 . Die System- und Massespannungen werden an Quellenspannungsanschlüsse des Drucksensors26 , des Temperatursensors30 (welcher ein Thermistor sein könnte), und eines Mikroprozessors88 geliefert. Der Mikroprozessor88 besitzt vier Analog-Digital-Eingangskanäle A/D1–A/D4, welche die Zündungsspannung Vign, die Systemspannung des Spannungsreglers82 , die Ausgangsspannung des Temperatursensors an Leitung32 , und die Ausgangsspannung des Drucksensors an der Leitung28 empfangen. - Auf der Grundlage der oben beschriebenen Eingänge bestimmt der Mikroprozessor das Insassengewicht, und auf der Grundlage vorbestimmter Kriterien, ob die Airbagentfaltung verhindert oder gestattet werden soll. In der veranschaulichten Steuerungsstrategie muss die Airbagentfaltung für Insassen unterhalb eines vorbestimmten Gewichts, hierin als das Schwellengewicht bezeichnet, verhindert werden.
- Im Allgemeinen wird, sobald das System
10 zur Abschätzung des Insassengewichts in einem Fahrzeug installiert ist, die Beziehung zwischen dem Insassengewicht und dem erfassten Druck (bezüglich der Systemspannungsschwankungen kompensiert) bei einer Reihe von Temperaturen empirisch bestimmt. In einem System wie in1 vorgeschlagen können die Daten verwendet werden, um entweder ein mathematisches Modell oder eine mehrdimensionale Abfragetabelle des Insassengewichts als eine Funktion der Ausgangsspannung des Temperatur- und Drucksensors zu konstruieren, wobei das Modell oder die Tabelle in den Mikroprozessor programmiert und dazu verwendet werden, das Insassengewicht zu bestimmen und an der Leitung54 auszugeben. In dem System von4 zeigt der Ausgang jedoch nur an, ob der Insasse über oder unter dem Schwellengewicht, oder innerhalb der Toleranzgrenzen des Systems, liegt. In diesem Fall können die empirisch bestimmten Daten wie in5 dargestellt aufgetragen und dazu verwendet werden, eine Schwellenspannung des Drucksensors zu entwickeln, um zu bestimmen, ob die Entfaltung verhindert oder erlaubt werden soll. Für die in5 dargestellten Daten begrenzen zum Beispiel die Linien, die als obere Grenze UL und untere Grenze LL bezeichnet werden, die Variabilität der Ausgangsspannung des Drucksensors für jedes beliebige gegebene Insassengewicht. Bei einem gegebenen Schwellengewicht, wie etwa 47,7 kg (105 Pfund) definiert zum Beispiel die untere Grenze LL eine Schwellenspannung, welche die minimale Spannung ist, ungefähr 1,82 Volt, die man für einen Insassen, der 47,7 kg (105 Pfund) wiegt, zu sehen erwarten würde. - Ein einfacher Steuerungsalgorithmus auf der Grundlage der oben beschriebenen Schwellenspannung ist in dem Flussdiagramm von
6 abgebildet, wobei der Block90 eine Reihe von Programmanweisungen bezeichnet, die beim Start des Fahrzeugbetriebs zum Initialisieren der verschiedenen Register und Variablenwerte durchgeführt werden. In diesem Fall wird die Systemausgangsvariable STATUS anfänglich auf einen Zustand gesetzt, welcher die Entfaltung verhindert. Danach wird der Block92 ausgeführt, um die Ausgangsspannung des Drucksensors wiederholt für ein vorbestimmtes Intervall abzutasten, um eine gemittelte Ausgangsspannung AVGOUT zu erhalten, und AVGOUT bezüglich der Temperatur, die von dem Temperatursensor30 erfasst wird, zu kompensieren. Wenn der temperaturkompensierte Wert von AVGOUT geringer ist als die Schwellenspannung von 1,82 Volt, wie in dem Block94 bestimmt, wird der Block96 ausgeführt, um STATUS in einen Zustand zu setzen, welcher die Entfaltung verhindert. Wenn der temperaturkompensierte Wert von AVGOUT größer ist als eine Hysterese-Schwellenspannung entsprechend zum Beispiel 48,6 kg (107 Pfund), wie bei dem Block98 bestimmt, wird der Block100 ausgeführt, um STATUS in einen Zustand zu setzen, der die Entfaltung erlaubt. Wenn AVGOUT zwischen den zwei Schwellenspannungen liegt, wird der Zustand von STATUS unverändert aufrecht erhalten, wie durch die Blöcke102 –106 angezeigt. - Es dürfte klar sein, dass die einfache Steuerung, die oben beschrieben wurde, ihrer Natur nach beispielhaft ist, und so modifiziert werden könnte, um eine adaptive Aktualisierung der Schwellen zu umfassen, oder einen genaueren Ausgang zu liefern, wie zum Beispiel oben unter Bezugnahme auf
1 beschrieben.
Claims (7)
- Vorrichtung zur Abschätzung des Gewichts eines Insassen eines Sitzes (
12 ) in einem Kraftfahrzeug, wobei der Sitz (12 ) einen Schaumpolsterboden (16 ) aufweist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine geschlossene elastomerische Blase (20 ), die in dem Schaumpolsterboden (16 ) angeordnet ist, wobei die Blase (20 ) im Wesentlichen mit Fluid gefüllt ist und eine Austrittsöffnung (22 ) besitzt; einen Drucksensor (26 ) zur Erfassung des Drucks des Fluids; einen Temperatursensor (30 ) zur Erfassung einer Temperatur in der Nähe der Blase (20 ); dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (26 ) an die Austrittsöffnung (22 ) gekoppelt ist, um die Austrittsöffnung (22 ) abzudichten, und dass die Vorrichtung ferner umfasst: ein Steuermittel (50 ) zum Abschätzen des Gewichts des Insassen auf der Grundlage des erfassten Fluiddrucks und der erfassten Temperatur. - Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Drucksensor (
26 ) konfiguriert ist, um einen Differenzdruck zwischen dem Druck des Fluids und dem atmosphärischen Druck zu erfassen. - Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Drucksensor (
26 ) konfiguriert ist, um einen absoluten Druck des Fluids zu erfassen, und das Steuermittel (50 ) einen Absolutdrucksensor (52 ) zum Detektieren des atmosphärischen Drucks umfasst, wobei das Insassengewicht auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem erfassten Fluiddruck und dem erfassten atmosphärischen Druck abgeschätzt wird. - Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend ein Rohr (
66 ) mit einem Einlass, der an dem Schwerpunkt des Fluids angeordnet ist, und mit einem Auslass, der an den Drucksensor (26 ) gekoppelt ist, wobei die Blase (20 ) um das Rohr (66 ) herum zwischen dem Einlass und dem Auslass abgedichtet ist, so dass der Drucksensor (26 ) konfiguriert ist, um den Druck des Fluids an einem Schwerpunkt des Fluids zu erfassen. - Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Temperatursensor (
30 ) in den Drucksensor (26 ) integriert ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Steuermittel (
50 ) einen Eingang (54 ) an ein Airbagentfaltungssystem liefert, wobei der Eingang anzeigt, ob die Entfaltung auf der Grundlage des abgeschätzten Gewichts des Insassen verhindert oder erlaubt werden soll. - Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Steuermittel (
50 ) ein Statussignal an ein Airbagentfaltungssystem liefert, und ein Mittel (88 ) zum Abtasten eines Ausgangs des Drucksensors (26 ) umfasst, welches den abgetasteten Ausgang bezüglich der Temperatur auf der Grundlage eines Ausgangs des Temperatursensors (30 ) kompensiert, und welches den kompensierten Drucksensorausgang mit einem Schwellensignal entsprechend einem Schwellen-Insassengewicht vergleicht; und ein Mittel (88 ) zum Setzen des Statussignals auf einen Wert, um die Airbagentfaltung zu verhindern, wenn der Vergleich anzeigt, dass das abgeschätzte Insassengewicht geringer ist als das Schwellengewicht, und zum Setzen des Statussignals auf einen Wert, der die Airbagentfaltung erlaubt, wenn der Vergleich anzeigt, dass das abgeschätzte Insassengewicht größer ist als das Schwellengewicht.
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